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KIST 한국과학기술연구원 Korea Institute of Science and Technology

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재발가능성 높은 식도암, 재협착 막는 스텐트 나온다 보기
제목 재발가능성 높은 식도암, 재협착 막는 스텐트 나온다
연구팀 생체재료연구단 정영미 박사 조회수 908
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- 생체 내 직접 삽입 가능한 다기능 인터페이스 개발, 식도암 스텐트에 적용

- 치유 뿐 아니라 재협착 방지, 약물의 전달 및 암세포의 효과적인 치료가능

식도의 내강이 좁아져 음식물을 삼키기가 어려운 상태인 식도협착을 유발하는 식도암은 연하곤란*이 발생하는 시점에 이미 암이 상당히 진행되고 전이가 동반되는 사례가 많아 환자의 생존율이 매우 낮다고 알려져 있다. 또한 수술적 방법에 의한 사망률이 여타 암에 비해 매우 높은 30%에 육박하고, 방사선 치료나 항암약물요법 역시 일부에서만 효과를 보고 있다. 이러한 식도암 환자들에게 연하곤란을 줄여 삶의 질을 높이려는 목적으로 개발된 식도암 스텐트는 악성 식도암세포에 의한 재협착으로 아직 반복성 재발의 가능성이 큰 것으로 알려져있다. 최근 국내연구진이 암세포의 재협착을 최소화하고, 동시에 기존 방사선 치료 등의 항암치료와의 시너지 효과를 보이는 새로운 스텐트를 개발하여 주목받고 있다.  
*연하곤란 : 삼킴 곤란, 음식이 식도 내에서 내려가다가 지체되거나 중간에 걸려서 내려가지 않는 것

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 생체재료연구단 정영미 박사, 화학키노믹스연구센터 이지연 박사팀은 성균관대학교(총장 정규상) 화학공학부 김태일 교수팀과의 공동연구를 통해 치료를 위한 약물전달이 가능한 새로운 식도암 스텐트를 개발하였다. 연구진은 형상기억합금(Nitinol, 니티놀)** 소재의 스텐트 표면에 나노구조를 효과적으로 형성하여, 약물의 방출속도를 조절하여 식도암을 치료할 뿐 아니라, 식도암 스텐트의 가장 큰 문제점인 암조직의 재협착을 최소화 할 수 있다고 밝혔다.  
**니티놀(Nitinol) : 니켈과 티탄을 섞은 비자성 합금, 변형되어도 일정한 온도에서 원래의 모습으로 돌아가는 성질을 나타냄.

KIST-성균관대 공동연구진은 기존 식도암 스텐트 표면에 생체친화성 고분자를 이용하여 수십에서 수백나노의 작은 나노기공을 형성하고, 항암약물이 균일하게 담지될 수 있게 하였다. 또한, 약물 위에 금 박막을 형성하였는데, 이 나노구조 위의 금 박막은 효과적인 광열전환효과(light-to-heat conversion)을 나타내 카테터(catheter)***로부터의 적외선을 흡수하여 항암세포를 열로 죽이는 온열요법(thermotherapy)을 가능하게 하였다.  
***카테터(catheter) : 관상기관(식도, 위 등)에 삽입하는 튜브형의 기구.
 
더 나아가 열에 의해 담지된 약물이 서서히 방출될 수 있음을 실험을 통해서 확인하였으며, 표면 나노구조물이 재협착을 최소화 할 수 있는 구조임을 밝혀 치유뿐만 아니라 재발도 최소화 할 수 있는 가능성을 확인한 바 있다. 본 연구에서는 동물체내에서 사람식도암환경을 모사한 인간 식도암 세포를 포함하는 콜라겐 튜브를 제작하고 제작된 식도암 모사 플랫폼을 동물체내에 집적하여 약물의 전달 및 사람암세포의 효과적인 치유가 가능함을 밝혀 향후 임상에서 사용할 수 있는 길을 열었다.   

KIST 이지연 박사는 “본 연구에서는 약물 담지, 약물 방출 조절, 열치료, 식도암세포 재협착 방지등 다양한 기능을 가진 식도암 스텐트를 성공적으로 개발하였다.”고 말했으며, KIST 정영미 박사는 “개발된 식도암 스텐트는 재협착을 최소화할 수 있는 구조로 치유뿐만 아니라 재발도 최소화할 수 있다.”고 말했다. 성균관대학교 김태일 교수는 “이번 연구로 다기능 스텐트가  효과적인 암세포의 치유를 가능하게 한다는 것이 밝혀져, 향후 임상을 통해 검증된다면 많은 식도암 환자들의 치유에 새 장을 열 것이라 기대한다.”고 밝혔다. 

KIST-성균관대 공동연구진은 KIST 나노포토닉스연구센터의 권석준 박사의 협조를 받아 광열효과의 시뮬레이션을 진행하였고 성균관대 이소리, KIST의 황교연, 김태희 학생이 제1저자로 참여하였다. 

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 바이오의료기술개발사업, 개인기초연구지원사업, 선도연구센터(ERC; 진단/치료용 고분자소재 연구센터) 지원사업으로 진행되었으며, 연구결과는 나노소재 과학 분야의 국제학술지인 ‘ACS Nano’(IF: 13.709, JCR 분야 상위 4.035 %)에 최신호에 게재되었다.

* (논문명) On-demand drug release from gold nanoturf for a thermo- and  chemotherapeutic esophageal stent (TES)
           - (제1저자)  성균관대학교 이소리 학생
     한국과학기술연구원 황교연 학생연구원
     한국과학기술연구원 김태희 학생연구원
           - (교신저자) 한국과학기술연구원 정영미 책임연구원
                       한국과학기술연구원 이지연 선임연구원
                       성균관대학교 화학공학부 김태일 교수

<그림설명>
(좌측) 본 연구에서 사용한 약물방출 가능한 식도암 스텐트의 표면구조 (우측) 식도암세포의 사멸 결과

<그림 1> 
(좌측) 본 연구에서 사용한 약물방출 가능한 식도암 스텐트의 표면구조
(우측) 식도암세포의 사멸 결과 

그림(a) 광열현상에 따른 약물의 방출을 나타내는 그림 그림(b) 표면에 자라고 있는 식도암세포(OE33)의 단위면적당 수를 표현한 결과 그림(c, d) 붉은색으로 표현된 결과가 광열효과에 의해서 방출된 약물의 양을 보여주고 있음.

<그림 2>
그림(a) 광열현상에 따른 약물의 방출을 나타내는 그림
그림(b) 표면에 자라고 있는 식도암세포(OE33)의 단위면적당 수를 표현한 결과 그림(c, d) 붉은색으로 표현된 결과가 광열효과에 의해서 방출된 약물의 양을 보여주고 있음. 
나노구조물(nanoturf)가 있는 구조물은 일반항암제를 코팅한 DOX의 경우보다 낮은 세포흡착율을 보여주고 있으며, 나노구조물에 약물이 담지된 경우(nanoturf w/DOX)가 가장 낮은 식도암 밀도를 보여주고 있음. 또한 나노구조물이 있는 경우 시간이 지날수록 점점 세포수가 낮아지는 결과를 보임.

연구진이 개발한 식도암모델의 튜브와 식도암 스텐트를 가지고 있는 실험 쥐의 사진.

<그림 3>
연구진이 개발한 식도암모델의 튜브와 식도암 스텐트를 가지고 있는 실험 쥐의 사진.  적외선조사에 의한 광열효과를 확인함. 

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